KR100677011B1 - Tunable optical add/drop multiplexer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광신호 장치, 파장 분할 멀티플렉서/디멀티플렉서 광학 장치 및 이를 구현하는 방법에 관한 것으로, 피복층(4)은 격자를 포함하고, (예를 들어, 히터에 의해) 굴절률이 변조되는 물질로 이루어짐으로써, 빛의 소정 파장을 반사시킬 수 있다. 따라서, 다양한 분리용 파장을 선택하는데 단일 광신호 장치가 사용될 수 있다. The present invention relates to an optical signal device, a wavelength division multiplexer / demultiplexer optical device and a method of implementing the same, wherein the coating layer 4 comprises a grating and is made of a material whose refractive index is modulated (eg, by a heater). It can reflect a predetermined wavelength of light. Thus, a single optical signal device can be used to select various separation wavelengths.
광신호 장치, 멀티플렉서, 히터, 굴절률, 격자.Optical signal device, multiplexer, heater, refractive index, grating.
Description
본 발명은 특정 파장의 빛(또는 특정 파장)이 효과적으로 부가 또는 하락될 수 있는 개선된 집적 파장 분할 멀티플렉서/디멀티플렉서 광학장치에 관한 것이다. 상기 장치는 온도에 따라 굴절률이 크게 변하는 광학 중합체로 제조될 수 있다. 동적인 파장 선택을 위하여, 넓은 파장 범위에 단일 필터 엘리먼트가 사용될 수 있다. The present invention relates to an improved integrated wavelength division multiplexer / demultiplexer optics in which light of a particular wavelength (or specific wavelength) can be added or reduced effectively. The device can be made of an optical polymer whose refractive index varies greatly with temperature. For dynamic wavelength selection, a single filter element can be used over a wide wavelength range.
1987년 전자학, 제23권, 668-669페이지의 디.씨. 존슨, 케이.오. 힐, 에프. 비로듀, 및 에스. 파우쳐의 "협대역 파장 선택성 광학 탭(tap) 및 결합기에 대한 새로운 설계 개념" 및 1995년 IOOC 방법, 66-67페이지의 씨.알. 길스 및 브이.미즈라히의 "WDM 광파 네트워크용 저손실 부가/하락 멀티플렉서"에 개시된 바와 같이, 파장 코드화 신호(특정 파장 또는 파장들의 빛)를 부가/하락시키는 장치가 당업계에 알려져 있다. 이러한 장치는 근거리통신망, 컴퓨터 네트워크 및 그 동등물 뿐만 아니라 원거리 통신 시스템에 널리 사용되는 광섬유를 사용한다. 광섬유는 다량의 정보를 전송할 수 있는데, 본 발명의 장치는 서로 다른 파장 채널로 전송되는 정보를 분리하여 상기 섬유로부터 또는 상기 섬유에 선택된 양의 정보를 추출/주입하는 것을 목적으로 한다. D.C. in 1987 Electronics , Vol. 23, pp. 668-669. Johnson, K. Oh. Hill, f. Virodu, and S. Poucher's "New Design Concepts for Narrow-band Wavelength Selective Optical Taps and Couplers " and the 1995 IOOC Method , pp. 66-67. As disclosed in Gils and V. Mizrahi, "Low Loss Add / Drop Multiplexers for WDM Optical Wave Networks," devices are known in the art for adding / dropping wavelength coded signals (light of a particular wavelength or wavelengths). Such devices use optical fibers that are widely used in telecommunication systems, as well as local area networks, computer networks and their equivalents. An optical fiber can transmit a large amount of information, and the device of the present invention is intended to extract / inject a selected amount of information from or to the fiber by separating information transmitted on different wavelength channels.
이러한 형태의 장치는 파장 코드화 신호를 함께 분리하는 다양한 소자를 포함한다. 1969년 벨 시스템 테크놀로지 저널 2071페이지의 이.에이.제이. 마르카틸리의 "집적광학용 절연 커플러 및 절연 직사각형 도파관"에 개시된 바와 같이, 순간 방향성 커플링을 구현하기 위해 집적 광학 커플러, 특히 방향 커플러가 개발되었다. 광신호는 하나의 평면 도파관으로부터 다른 평면 도파관으로 커플링된다. 제 2 평면 도파관의 신호는 당해 신호가 제 1 평면 도파관에서 움직이는 것과 동일한 방향으로 전파한다. This type of device includes various elements that separate the wavelength coded signals together. E. J., 1969, page 2071, Bell Systems Technology Journal . As disclosed in Markatili's "Insulated Couplers and Integral Rectangular Waveguides for Integrated Optics," integrated optical couplers, in particular directional couplers, have been developed to implement instant directional coupling. The optical signal is coupled from one planar waveguide to another planar waveguide. The signal of the second planar waveguide propagates in the same direction as the signal moves in the first planar waveguide.
1995년 "제이. 광파 기술" 제13권 615-627페이지의 엘.비. 솔다노 및 이.씨.엠. 페닝스의 "자기 영상화(self-imaging)에 기초한 광학 다중모드 간섭장치; 그 원리 및 응용"에 개시된 바와 같이, 커플링을 구현하기 위해 MMI(다중모드 간섭) 커플러가 개발되었다. MMI 커플러는 자기 영상화를 구현하되, 다중모드 도파관에 입력되는 필드 프로파일은 도파관의 전파 방향을 따라 주기적 간격으로 단일 또는 다중 이미지로 재생된다. L. B., 1995, J. Lightwave Technology, Vol. 13, pp. 615-627. Soldano and E.C.M. As disclosed in Pennings'"self-imaging based optical multimode interference device; its principles and applications", MMI (multimode interference) couplers have been developed to implement coupling. The MMI coupler implements self-imaging, but the field profile input to the multimode waveguide is reproduced as single or multiple images at periodic intervals along the waveguide propagation direction.
광학 순환기(circulators)는 적어도 3개의 포트를 가진 광학 커플링 장치이다. 3포트 순환기는 포트 1로 입력된 빛을 포트 2로, 포트 2로 입력된 빛을 포트 3로, 포트 3로 입력된 빛을 포트 1로 커플링시킨다. Optical circulators are optical coupling devices having at least three ports. The three-port circulator couples the light input to port 1 to
1997년 "제이. 광파 기술" 제15권 1263-1276페이지의 케이.오. 힐 및 지. 멜츠의 "섬유 브레그 격자 기술의 원리 및 개괄" 및 1997년 "제이. 광파 기술" 제15권 1277-1294페이지의 티.에도간의 "섬유 격자 스펙트럼"에 개시된 바와 같이, 파장의 협대역을 단리시키기 위해 회절격자(예를 들어, 브레그 격자)가 사용된다. 1998년 "광학기술" 제10권 1416-1418페이지의 엘.엘다다, 에스. 인, 씨. 포가, 씨.글라스, 알. 브롬퀴스트, 및 알.에이.노우드의 "고분자 브레그 격자 MZI를 이용한 집적 다중채널 OADM"에 개시된 바와 같이, 이러한 격자 반사기는 섬유 광학 전송 시스템에 또는 그 시스템으로부터 다른 파장의 다른 신호를 교란시키지 않고 소정의 유심 파장(centered wavelength) 광신호를 부가 또는 하락시키는데 사용되는 장치를 구성할 수 있도록 한다. K. Oh, 1997, J. Lightwave Technology, Vol. 15, pages 1263-1276. Hill and edge. "The principles and outline of the grid fabric breather Technology" melcheu and 1997, as disclosed in "Fiber grating spectra," between, "J. Lightwave Technology" claim 15 in tea. 1277-1294 of the page, isolating a narrow band of wavelengths Diffraction gratings (e.g., Bragg gratings) are used for this purpose. L. Eldada, S., " Optical Technology, "
동일한 목적을 위해 다중 광신호 장치를 사용하는 것 보다는 단일 광신호 장치의 동적 파장 범위내의 파장을 현재의 장치보다 더 정밀하게 하락시킬 수 있는 것이 바람직하다. Rather than using multiple optical signal devices for the same purpose, it is desirable to be able to drop the wavelengths within the dynamic wavelength range of a single optical signal device more precisely than current devices.
본 발명은 다중 파장 광신호로부터 분리된 빛의 파장을 더 효과적으로 제어할 수 있도록 하는 미세 변조수단을 가진 광신호 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an optical signal device having fine modulation means for more effectively controlling the wavelength of light separated from a multi-wavelength optical signal.
본 발명의 광신호 장치는 독특한 물질 어레이를 가지며, 당해 광신호 장치의 온도를 변화시키는 단계를 포함함으로써, 광신호를 부가 또는 하락시키기 위해 목표 파장을 정확하게 선택하게 되며, 하나의 목표 파장으로부터 다른 목표 파장으로 신속하게 파장을 변경하게 된다. The optical signal device of the present invention has a unique array of materials and includes varying the temperature of the optical signal device, thereby accurately selecting a target wavelength to add or drop the optical signal, and from one target wavelength to another. The wavelength changes quickly.
특히, 본 발명의 광신호 장치는 In particular, the optical signal device of the present invention
a) 기판;a) a substrate;
b) 적어도 유사한 굴절률을 가진 물질로 이루어진 한 쌍의 이격된 피복층;b) a pair of spaced coating layers of material having at least a similar refractive index;
c) 상기 피복층과 당해 코어층간의 굴절률 차이로 인하여 다중 파장 광신호 가 당해 장치를 단일모드로 통과할 수 있도록, 상기 피복층의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖고, 상기 피복층쌍 사이에 배치된 한 쌍의 대향된 도파관 또는 단일 도파관을 포함하는 코어층;c) a pair of opposing pairs disposed between the coating layer pairs having a refractive index greater than the refractive index of the coating layer so that a multi-wavelength optical signal can pass through the device in a single mode due to the difference in refractive index between the coating layer and the core layer. A core layer comprising a single waveguide or single waveguide;
d) 상기 다중 파장 광신호의 빛의 단일 파장이 분리되도록 하는 필터 수단을 형성하는 격자; 및d) a grating forming filter means for separating a single wavelength of light of said multi-wavelength optical signal; And
e) 상기 다중 파장 광신호로부터 분리된 빛의 파장을 제어하기 위하여 적어도 상기 코어층의 굴절률을 변경하기 위한 수단을 포함한다. e) means for changing the refractive index of at least the core layer to control the wavelength of light separated from the multi-wavelength optical signal.
상기 광신호 장치의 바람직한 구성에 있어서, 적어도 상기 코어층은 감온성 물질로 제조되며, 굴절률 변경수단은 상기 감온성 물질을 가열하는 것이다. 본 명세서 전체에 걸쳐 바람직한 굴절률 변경 효과인 열광학 효과가 예시적 효과로서 사용된다. 그러나, 임의의 굴절률 변경 효과(예를 들어, 전자광학 효과, 응력광학 효과) 및 임의의 조합이 굴절률을 변경하기 위해 본 발명에 사용되어질 수 있다. In a preferred configuration of the optical signal device, at least the core layer is made of a thermosensitive material, and the refractive index changing means heats the thermosensitive material. Throughout this specification, thermooptic effects, which are desirable refractive index altering effects, are used as exemplary effects. However, any refractive index changing effect (eg, electro-optic effect, stress optical effect) and any combination can be used in the present invention to change the refractive index.
상기 광신호 장치의 바람직한 구성에 있어서, 상기 굴절률 변경수단과 코어사이에 2개의 피복층이 존재하되, 2개의 피복층은 각각 서로 다른 굴절률을 갖는다. 또한, 본 발명의 광신호 장치의 제조방법도 개시되어 있다. In a preferred configuration of the optical signal device, two coating layers are present between the refractive index changing means and the core, and the two coating layers each have a different refractive index. Also disclosed is a method of manufacturing the optical signal device of the present invention.
동일한 구성부품을 동일한 참조부호로 표시한 첨부도면은 본 발명의 실시예를 도시한 것으로 본 발명을 한정하지는 않는다. The accompanying drawings, in which like components are denoted by like reference numerals, illustrate embodiments of the present invention, and do not limit the present invention.
도 1은 본 발명의 광신호 장치의 필터 엘리먼트의 일실시예를 개략적으로 도시한 측면도이고, 1 is a side view schematically showing an embodiment of a filter element of the optical signal device of the present invention,
도 2는 히터와 코어층사이에 서로 다른 굴절률을 가진 2개의 피복층을 사용한 본 발명의 광신호 장치의 필터 엘리먼트의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 측면도이며, FIG. 2 is a side view schematically showing another embodiment of a filter element of the optical signal device of the present invention using two coating layers having different refractive indices between the heater and the core layer, FIG.
도 3은 본 발명에 사용된 필터 엘리먼트에 의해 반사된 빛의 파장 변화를 온도 함수로 나타낸 그래프이고, 3 is a graph showing the change in wavelength of light reflected by the filter element used in the present invention as a function of temperature,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 단일 필터 엘리먼트의 3가지 실시예를 도시한 개략도이며, 4A-4C are schematic diagrams showing three embodiments of a single filter element according to the invention,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 스위치를 구비하거나 구비하지 않은 2개의 히터를 사용한 2단계 부가/하락 필터의 2가지 실시예를 도시한 개략도이고,5A and 5B are schematic diagrams showing two embodiments of a two stage add / drop filter using two heaters with or without a switch according to the invention,
도 6a 내지 도 6d는 하나 또는 그 이상의 히터 및 다양한 스위치 형태를 구비한 본 발명의 4단계 부가/하락 필터의 개략도이며, 6A-6D are schematic diagrams of a four stage add / drop filter of the present invention with one or more heaters and various switch configurations,
도 7은 미사용 채널이 버스로 복귀되는 본 발명에 따른 4단계 부가/하락 필터의 개략도이고, 7 is a schematic diagram of a four stage add / drop filter in accordance with the present invention in which unused channels are returned to the bus,
도 8은 1×5 결합기를 사용하여 미사용 채널이 통과선과 직접 결합되는 본 발명의 4단계 부가/하락 필터의 개략도이며,8 is a schematic diagram of a four stage add / drop filter of the present invention in which an unused channel is directly coupled with a pass line using a 1 × 5 combiner,
도 9는 스위치의 수와 결합기의 복잡성을 줄이기 위해 필터의 일 가장자리를 아웃 터닝(out turning)시키는 본 발명에 따른 4단계 부가/하락 필터의 개략도이고,9 is a schematic diagram of a four stage add / drop filter according to the present invention which out-turns one edge of the filter to reduce the number of switches and the complexity of the coupler;
도 10은 스위치의 수와 결합기의 복잡성을 줄이기 위해 필터의 양 가장자리를 아웃 터닝시키는 본 발명에 따른 4단계 부가/하락 필터의 개략도이며,10 is a schematic diagram of a four stage add / drop filter according to the present invention which out-turns both edges of the filter to reduce the number of switches and the complexity of the coupler,
도 11은 최소한의 스위치 및 가장자리의 아웃 터닝을 이용한 본 발명의 4단계 부가/하락 필터의 다른 실시예를 도시한 개략도이고,11 is a schematic diagram illustrating another embodiment of the four stage add / drop filter of the present invention with minimal switching of the switches and edges;
도 12는 부가 필터를 사용하여 미사용 채널이 통과선과 결합되는 본 발명의 4단계 부가/하락 필터의 개략도이다. 12 is a schematic diagram of a four stage add / drop filter of the present invention in which an unused channel is coupled with a pass line using an add filter.
본 발명은 광신호 장치에 관한 것으로, 바람직하게는 히터와 감온성 중합체를 사용하여, 굴절률을 변경하기 위한 수단이 필터 엘리먼트(예를 들어, 브레그 격자)에 채용되어, 넓은 파장 범위에서 빛의 선택 파장을 하락 또는 부가시키기 위해 미세하게 변조될 수 있는 하락 또는 부가 신호 필터를 형성하게 된다. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an optical signal device, wherein means for modifying the refractive index, preferably using a heater and a thermosensitive polymer, are employed in the filter element (e.g., a Bregg grating) to select light in a wide range of wavelengths. To form a drop or add signal filter that can be finely modulated to drop or add a wavelength.
본 발명의 바람직한 형태에서, 2개의 커플링 영역을 가진, 마하 젠더 간섭계 형태의 장치, 100% 방향 커플러, 또는 다중모드 간섭(MMI) 커플러가 채용된다. 3㏈ 방향 커플러 또는 3㏈ 다중모드 간섭 커플러를 포함하는 커플링 영역 사이에는 격자 시스템(예를 들어, 브레그 격자)로 이루어진 격자 영역이 존재한다. 마하 젠더 형태의 장치의 격자 영역의 도파관은 상호 이격되어 상기 영역에서는 순간 커플링이 발생하지 않도록 한다. In a preferred form of the invention, a device in the form of a Mach Gender Interferometer, a 100% directional coupler, or a multimode interference (MMI) coupler with two coupling regions is employed. There is a lattice region consisting of a grating system (eg, a Bragg grating) between coupling regions comprising a 3 ms directional coupler or a 3 ms multimode interference coupler. The waveguides in the grating region of the Mach gendered device are spaced apart from one another so that no instantaneous coupling occurs in that region.
본 발명의 다른 바람직한 형태에서, 광학 순환기 사이에는 단일 도파관이 채용된다. 상기 도파관에는 격자 시스템을 구성하는 격자 영역이 존재한다. In another preferred form of the invention, a single waveguide is employed between the optical circulators. The waveguide has a grating region constituting a grating system.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 광신호 장치는 감온성 물질, 즉, 예를 들어, 절대값이 적어도 10-4/℃로 비교적 큰 (온도에 따른 굴절률 변화로 한정 된) 열광학 계수를 가진 물질로 제조된 독특한 구성의 격자영역을 갖는다. 감온성 중합체의 예는 교차결합 아크릴레이트, 폴리아미드 및 폴리메틸메타아크릴레이트, 예를 들면, 에토시레이티드 비스페놀 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트 및 1,6-헥산디올 디아크릴레이트를 포함한다. According to a preferred form of the invention, the optical signal device is a thermosensitive material, i.e., a material having a thermo-optic coefficient (limited by a change in refractive index with temperature), for example, of which the absolute value is at least 10 −4 / ° C. It has a lattice area with a unique configuration made of. Examples of thermosensitive polymers include crosslinked acrylates, polyamides and polymethylmethacrylates such as ethoxylated bisphenol diacrylate, tripropylene glycol diacrylate and 1,6-hexanediol diacrylate do.
가열이 적어도 상기 코어층의 굴절률을 변경하는 수단인 경우, 상기 격자영역에는 (특정 저항의 전극과 같은)히터 또는 중합체의 온도를 변화시킬 수 있는 다른 수단이 제공된다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 광학 장치의 격자 영역에 대한 제 1 구조가 도시되어 있다. 필터 엘리먼트(2)는 각각의 면에 피복층(6A)(6B)을 가진 코어 영역(4)을 포함한다. 상기 코어 영역(4)에는 격자가 존재하며, 바람직하게는 피복층(6A)(6B)에도 추가적으로 존재한다. 상기 피복층(6A) 위에는 히터(8)가 존재하되, 전술한 바와 같이, 특정 저항의 전극일 수 있다. 하부 피복층(6B)의 아래에는 기판(10)이 존재한다. 상기 코어층은 전술한 바와 같은 감온성 중합체로 제조된다. 상기 상부 피복층(6A)와 하부 피복층(6B)도 하기된 바와 같이 각층의 굴절률은 다를지라도 유사한 물질로 제조됨이 바람직하다. If heating is at least a means of changing the refractive index of the core layer, the grating region is provided with other means capable of changing the temperature of the heater or polymer (such as an electrode of a specific resistance). Referring to Fig. 1, a first structure for the grating region of the optical device of the present invention is shown. The
본 발명에 따라, 상기 감온성 중합체를 가열하기 위한 히터가 필터 엘리먼트 부근에 제공된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 필터 엘리먼트의 온도가 증가할 수록, 반사된 빛의 파장은 통상적으로 선형 기울기로 변하게 된다. 도 3의 실시예에 도시된 바와 같이, 반사된 빛의 파장은 2 내지 100℃ 범위에서 0.256㎚/℃로 감소하게 된다. 상기 반사된 빛의 파장은 이 온도 범위내에서 약 20㎚만큼 선형적으로 변하게 된다. 따라서, 본 발명은 필터 엘리먼트를 제조하는데 사용된 물질의 온도를 높 이거나 낮춤으로써, 광신호 장치의 필터 엘리먼트의 반사된 빛의 파장을 변화시킨다. According to the invention, a heater for heating the thermosensitive polymer is provided near the filter element. As shown in FIG. 3, as the temperature of the filter element increases, the wavelength of the reflected light typically changes to a linear slope. As shown in the embodiment of FIG. 3, the wavelength of the reflected light is reduced to 0.256 nm / ° C. in the range of 2 to 100 ° C. FIG. The wavelength of the reflected light will vary linearly by about 20 nm within this temperature range. Thus, the present invention changes the wavelength of reflected light of the filter element of the optical signal device by raising or lowering the temperature of the material used to manufacture the filter element.
도 1에 도시된 실시예에서, 코어(4)의 굴절률(n)은 상부 피복층(6A)과 하부 피복층(6B)의 굴절률을 모두 초과한다. 상부 피복층(6A)과 하부 피복층(6B)의 굴절률은 코어층의 굴절률보다 모두 작은 한 다를 수 있지만 동일한 것이 바람직하다. In the embodiment shown in FIG. 1, the refractive index n of the
본 발명의 바람직한 형태에서, 상기 하부 피복층(6B)은 약 10 내지 20㎛의 두께를 갖는 반면, 상부 피복층(6A)은 약 5 내지 10㎛의 두께를 갖는다. 바람직하게, 상기 코어층의 두께는 약 3 내지 9㎛이다.In a preferred form of the present invention, the
본 발명에 사용하기 적당한 필터 엘리먼트가 도 2에 도시되어 있다. 상기 필터 엘리먼트는 히터(8)와 상부 피복층(6A) 사이에 추가적인 상부 피복층(6C)을 갖는다. 상기 추가 상부 피복층(6C)은 상부 피복층(6A)보다 낮은 굴절률을 가지며, 히터(8)를 포함한 금속 엘리먼트가 빛을 흡수하는 경향이 있기 때문에 추가된다. 상기 추가 피복층(6C)은 히터로부터 빛을 방출시키는 역할을 하여 광신호의 손실을 작게하는 반면, 전체 피복층의 두께(6A 및 6C)를 줄임으로써 코어(4)가 히터(8)에 의해 효율적으로 가열될 수 있도록 한다. A filter element suitable for use in the present invention is shown in FIG. 2. The filter element has an additional
도 2에 도시된 실시예에서, 각층의 두께는 도 1의 실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 동일하다. 바람직하게, 상부 피복층(6A 및 6C)두께의 합은 약 5 내지 10㎛이내이다. In the embodiment shown in FIG. 2, the thickness of each layer is the same as described above in connection with the embodiment of FIG. 1. Preferably, the sum of the thicknesses of the
본 발명은 넓은 범위(예를 들어, 24 내지 100㎚)에서 가변되는 하락 필터를 제조하기 위한 다단 광신호 장치(예를 들어, 마하 젠더 또는 양방향 커플러 또는 절연체가 구비된 도파관을 기초로 한 N 단계 단일 채널 엘리먼트)에 적용될 수 있다. 가열수단이 상기 필터 엘리먼트에 제공되며, 상기 가열수단이 작동될 때, 고분자 물질에 대한 열의 작용은 필터 엘리먼트의 반사된 파장을 변화시키게 된다. The present invention is directed to an N-stage based waveguide with a multi-stage optical signal device (e.g. a Mach gender or bidirectional coupler or insulator) for producing a drop filter that varies over a wide range (e.g., 24 to 100 nm). Single channel element). Heating means are provided in the filter element, and when the heating means are actuated, the action of heat on the polymeric material changes the reflected wavelength of the filter element.
하기된 표 1에는 주어진 고정 온도범위 및 파장 변조범위에 필요한 단계의 수(N)가 표시되어 있다. 가변성으로 사용된 값은 0.25㎚/℃이며, 이는 도 3의 실시예와 관련하여 설명하고 나타낸 반사 파장과 온도의 선형관계를 나타낸다. Table 1 below shows the number N of steps required for a given fixed temperature range and wavelength modulation range. The value used for variability is 0.25 nm / ° C., which represents the linear relationship between the reflected wavelength and temperature described and shown in connection with the embodiment of FIG. 3.
표 1에 나타난 바와 같이, 주어진 온도 범위에 대하여, 단계당 얼마나 많은 변조가 발생할 수 있는 지에 대한 한도가 존재한다. 예를 들어, 필터 엘리먼트의 10℃ 온도범위에서, 각 단계에 대한 변조범위는 2.5㎚이다. As shown in Table 1, for a given temperature range, there is a limit on how much modulation can occur per step. For example, in the 10 ° C. temperature range of the filter element, the modulation range for each step is 2.5 nm.
원거리 통신 시스템의 대역폭과 채널 경간에 따라 필터 엘리먼트는 일정한 수의 채널을 포함하게 된다. 예를 들어, 원거리 통신 시스템이 24㎚의 대역폭을 갖는다면, 채널당 0.8㎚인 30채널이 존재하게 된다. Depending on the bandwidth and channel span of the telecommunication system, the filter element will contain a certain number of channels. For example, if a telecommunications system has a bandwidth of 24 nm, there will be 30 channels at 0.8 nm per channel.
표 1에 나타난 바와 같이, 주어진 대역폭에 대해 주어진 온도범위에서 변조에 필요한 단계의 수를 용이하게 알 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 물질과 원하 는 변조속도가 30℃ 온도범위를 허용한다면, 채널경간은 0.8㎚이고, 대역폭은 40㎚이며, 단계당 변조범위가 7.5㎚인 6단계가 필요하게 된다. 더 작은 단계를 원한다면, 더 높은 온도범위가 필요하게 된다. 작은 단계는 삽입손실(장치를 통과할 때, ㏈로 표현되는 빛의 손실량)을 적게 만들지만, 주어진 파장을 얻기 위해 장치가 변조되는 속도는 줄어들게 된다. As shown in Table 1, it is easy to see the number of steps required for modulation in a given temperature range for a given bandwidth. For example, if the polymer material and the desired modulation rate allow a temperature range of 30 ° C., six steps are required with a channel span of 0.8 nm, a bandwidth of 40 nm, and a modulation range of 7.5 nm per step. If a smaller step is desired, a higher temperature range is required. Smaller steps make less insertion loss (the amount of light lost in ㏈ when passing through the device), but the speed at which the device is modulated to achieve a given wavelength is reduced.
주어진 대역폭에 대해 많은 수의 단계가 사용된다면(즉, 낮은 온도범위), 열전달은 더욱 빠르다. 그러나, 더 많은 단계는 광신호 장치의 길이를 늘리게 되고, 더 큰 삽입손실을 가져온다. 따라서, 10 내지 100℃의 중간 온도범위에서 적당한 수의 단계로 작용하는 것이 바람직하다. If a large number of steps are used (ie low temperature range) for a given bandwidth, heat transfer is faster. However, more steps increase the length of the optical signal device, resulting in greater insertion loss. Therefore, it is preferred to operate in the appropriate number of steps in the intermediate temperature range of 10 to 100 ° C.
또한, 표 1에서 단게의 수(N)는 단일 단계의 출력을 선택하는데 필요한 1×M 스위치의 M을 나타낸다. 1×M 스위치는 일련의 1×2 스위치(일반적으로, 1×P 스위치, 여기서 P는 M보다 작다)로 구성될 수 있다. 상기 변조범위를 벗어난 약간의 온도 변화에 의해 2개의 외측 단계가 종료되면, N은 N-1이 된다. 단계의 수를 줄이기 위해서 큰 변조능을 이용하는 것이 바람직하기 때문에, 비가장자리 단계를 변조시키는 것은 바람직하지 않다. 그러나, 선택성 변조가 서로 다른 히터가 구비된 세그먼트 사이의 보조 경간 및 보조 히터를 의미하는 반면, 상기 전체 샘플은 외측 변조가 사용되지 않는다면 균일하게 가열될 수 있다. 단계의 수(N)가 2일 때 외측 변조가 사용된다면, 스위칭이 필요하지 않다. In addition, the number N of steps in Table 1 represents the M of the 1xM switch required to select a single stage output. The 1 × M switch may consist of a series of 1 × 2 switches (generally 1 × P switches, where P is less than M). When two outer stages are terminated by a slight temperature change outside of the modulation range, N becomes N-1. Since it is desirable to use large modulation capabilities to reduce the number of steps, it is not desirable to modulate the non-edge steps. However, while selective modulation means auxiliary spans and auxiliary heaters between segments with different heaters, the entire sample can be heated evenly if no external modulation is used. If outer modulation is used when the number of steps N is 2, no switching is necessary.
본 발명에 따르면, 필터 엘리먼트의 고분자 물질의 온도를 변화시킴으로써, 광신호 장치의 각 단계에서 하락되는 파장을 제어할 수 있다. 온도를 변화시키면 굴절률이 변하게 되고, 이는 하기된 식에 따라 다중파장 광신호에 부가되거나 상기 신호로부터 하락하게 되는 빛의 파장변화를 일으킨다. According to the present invention, by changing the temperature of the polymer material of the filter element, it is possible to control the wavelength falling in each step of the optical signal device. Changing the temperature causes the refractive index to change, which causes a change in wavelength of light that is added to or dropped from the multi-wavelength optical signal according to the equation below.
여기서, λ는 하락 또는 부가된 파장이고, N는 가열되는 물질의 유효 굴절률이며, Λ는 격자의 주기이다.Where λ is the dropped or added wavelength, N is the effective refractive index of the material being heated, and Λ is the period of the grating.
따라서, N을 더 낮은 값(Λ)으로 변화시키는 가열은 부가 또는 하락된 파장(λ)이 변화될 수 있도록 한다. Thus, the heating that changes N to a lower value Λ allows the added or dropped wavelength [lambda] to be changed.
본 발명에 채용된 필터 엘리먼트는 다양한 광신호 장치에 적용될 수 있다. 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 도 1 또는 도 2에 도시된 본 발명의 필터 엘리먼트(2)를 사용한 3가지 광신호 장치가 도시되어 있다. 도 4a에는 마하 젠더 실시예가 도시되어 있으며, 도 4b에는 100% 방향 커플러 실시예가 도시되어 있고, 도 4c에는 2개의 3포트 광학 순환기(18) 사이에 단일 도파관이 사용된 실시예가 도시되어 있다. 3가지 실시예에서, 필터 엘리먼트는, 도 1 및 도 2와 관련하여 전술한 바와 같이, 격자 영역(20)을 교차하는 히터(8)를 포함한다. 작동에 있어서, 다중 파장 광원이 입력 포트(22)를 통해 격자 영역(20)에 유입된다. 히터(8)에 의해 결정된 빛의 단일 파장이 격자 영역의 온도에 따라 반사된다. 하락 포트(24)를 통해 격자 영역으로부터 소정 단일 파장 신호가 하락되는 반면, 빛의 나머지 파장은 격자 영역을 통과하여 "통과" 포트(26)를 빠져 나간다. 히터에 의해 결정된 상기 파장은, "부가" 포트(28)를 통해 주입됨으로써, 통과 포트를 빠져 나가는 파장에 부가될 수도 있다. 도 4a의 실시예에서, 상기 2개의 3㏈ 방향 커플러(12)는 3㏈ MMI(다중모드 간섭) 커플러일 수 있다. 도 4b의 실시예에서, 상기 100% 방향 커플러(14)는 100% MMI 커플러로 대체될 수 있다. 도 4c의 실시예에서, 높은 삽입 손실과 높은 복귀 반사율를 견딜수 있다면, 상기 3포트 광학 순환기(18)는 1×2 파워 스플리터(power splitters)로 대체될 수 있다. The filter element employed in the present invention can be applied to various optical signal devices. 4A to 4C, three optical signal devices using the
도 3에 도시된 온도에 대한 반사된 파장의 의존성에 따라 히터를 조절함으로써, 상기 광원으로부터 하락되거나 그 광원에 부가되는 빛의 특정 파장을 본 발명에 따라 정확하게 선택할 수 있다. 도 3에 도시된 예에서, 격자 영역의 온도가 상승하는 각각의 ℃에 대하여, 반사된 파장은 0.256㎚씩 감소하게 된다. By adjusting the heater according to the dependence of the reflected wavelength on the temperature shown in FIG. 3, the specific wavelength of light falling from or added to the light source can be accurately selected according to the invention. In the example shown in FIG. 3, for each ° C at which the temperature of the grating region rises, the reflected wavelength is reduced by 0.256 nm.
도 4a 내지 도 4c에 도시된 필터 엘리먼트를 통과하는 빛의 나머지 파장은 하락된 두개의 파장이 단일 스위치로 유입될 수 있도록 다른 필터 엘리먼트에서 더 처리될 수 있다. 이로써, 상기 파장중 하나가 사용자의 필요에 따라 하락될 수 있다. 이러한 구성이 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다. The remaining wavelengths of light passing through the filter elements shown in FIGS. 4A-4C can be further processed at other filter elements such that the two dropped wavelengths can be introduced into a single switch. In this way, one of the wavelengths can be lowered according to the needs of the user. This configuration is shown in Figures 5a and 5b.
도 5a를 참조하면, 각각의 히터(8A)(8B)를 갖는 2개의 필터 엘리먼트(2A)(2B)가 사용된다. 제 1 선택 파장(λ1)은 필터 엘리먼트(2A)로부터 하락되어 1×2 스위치(참조번호 30으로 표시됨)로 유입된다. λ1을 제외한 나머지 광신호는 제 2 필터 엘리먼트(2B)를 통과한다. 히터의 온도는 도 3의 예에 도시된 것과 유사하게 조절되어 빛의 다른 파장(λ2)을 하락시키게 되며, 상기 파장은 스위치(30)로 유입된다. 도 5a에 도시된 실시예에서, 모든 파장(λ1)(λ2)은 사용자 가 원하는 바에 따라 사용되며, 상기 스위치(30)는 사용자가 필요에 따라 하락 포트(32)를 통해 어떠한 파장(λ1 또는 λ2)도 하락시킬 수 있도록 한다. 바람직하게, 미사용 단계에서 외측 변조가 사용됨으로써, 미사용 범위의 어떠한 정보도 소실되지 않는다. Referring to FIG. 5A, two
도 5b에 도시된 실시예는 도 5a의 실시예와 유사하나, 스위치가 순환기로 대체되어 있다. 본 실시예에서, 원하는 파장만 하락 포트(32)를 빠져나가도록 하기 위해, 외측 변조가 사용되어야만 한다. The embodiment shown in FIG. 5B is similar to the embodiment of FIG. 5A, with the switch replaced by a circulator. In this embodiment, in order for only the desired wavelength to exit the
도 5a에 도시된 구성은 스위치에서 약간의 광강도 손실을 나타내고, 도 5b에 도시된 구성은 통상적으로 큰 손실(약 3㏈)을 나타내지만, 이러한 손실은 변조 속도를 증가시키거나 및/또는 더 넓은 파장범위에 접근하기 위해 하나 이상의 단계를 가질 필요가 있을 때는 허용가능하다. The configuration shown in FIG. 5A exhibits some light intensity loss in the switch, while the configuration shown in FIG. 5B typically exhibits a large loss (about 3 dB), but this loss increases the modulation rate and / or further. It is acceptable when it is necessary to have more than one step to access a wide wavelength range.
외측 변조된 파장은 도 3의 예에 도시된 바와 같은 히터의 온도범위내에서 이용가능한 파장의 범위를 벗어난 파장이다. 예를 들어, 격자가 도 3에서 측정된 형태이고 히터가 40℃ 내지 80℃에서 선택된 온도범위를 갖는다면, 가변 파장은 약 1563㎚ 내지 1553㎚ 범위에서 이용가능하다. 제 2 격자가 그러한 경우, 동일 온도범위에 있어서, 이는 1553㎚ 내지 1543㎚ 범위의 파장을 필터링하게 된다. 따라서, 외측 변조된 파장은 전체 범위의 외측(예를 들어, 1564㎚ 또는 1542㎚)에 해당한다. 따라서, 도 5b를 참조하면, λ1 이 가변 범위내에 존재하고 λ2가 외측 변조 파장인 경우, 결합기에 의해 하락될 유일한 파장은 λ1 이 된다. The outer modulated wavelength is a wavelength outside the range of available wavelengths within the temperature range of the heater as shown in the example of FIG. For example, if the grating is in the form measured in FIG. 3 and the heater has a temperature range selected from 40 ° C. to 80 ° C., a variable wavelength is available in the range of about 1563 nm to 1553 nm. If the second grating is such, in the same temperature range it will filter out wavelengths in the range of 1553 nm to 1543 nm. Thus, the outside modulated wavelength corresponds to the outside of the full range (eg, 1564 nm or 1542 nm). Thus, referring to FIG. 5B, when λ 1 is within the variable range and λ 2 is the outer modulation wavelength, the only wavelength to be dropped by the combiner is λ 1 .
본 발명에 따른 히터를 채용하여 선택 파장을 하락시키기 위한 4단계 구성이 도 6a 내지 도 6d에 도시되어 있다. A four-step configuration for reducing the selection wavelength by employing a heater according to the present invention is shown in FIGS. 6A-6D.
도 6a를 참조하면, 원하는 파장 신호를 하락시키기 위해 1×4 스위치를 사용한 단일 히터와 4 단계를 채용한 본 발명의 실시예가 도시되어 있다. 도 6b에 도시된 실시예에서, 도 6a에 도시된 1×4 스위치 대신, 일련의 1×2 스위치를 사용하여 동일한 결과를 얻었다. Referring to Figure 6A, an embodiment of the present invention employing a single heater and four stages using a 1x4 switch to reduce the desired wavelength signal is shown. In the embodiment shown in FIG. 6B, instead of the 1 × 4 switch shown in FIG. 6A, the same result was obtained using a series of 1 × 2 switches.
도 6c에 도시된 실시예에서, 2개의 히터를 사용하여 가장자리 단계가 외측 변조되도록 하였다. 3개의 포트가 단일 파장 광신호를 1×3 스위치를 통해 하락시켰으며, 제 4 포트가 상기 1×3 스위치의 출력과 결합된 제 4 채널을 하락시켜 최종적인 하락 포트를 형성하였다. In the embodiment shown in FIG. 6C, two heaters were used to allow the edge step to be externally modulated. Three ports dropped the single wavelength optical signal through the 1 × 3 switch, and the fourth port dropped the fourth channel coupled with the output of the 1 × 3 switch to form the final drop port.
도 6d에 도시된 실시예는 가장자리 단계가 외측 변조될 수 있도록 하는 2개의 히터와 1×2 스위치를 사용한다. 상기 1×2 스위치의 출력은 결합되어 최종 하락 포트를 형성한다. The embodiment shown in FIG. 6D uses two heaters and a 1 × 2 switch that allows the edge step to be modulated outside. The output of the 1 × 2 switch is combined to form the final drop port.
미사용된 비외측 변조 단계의 출력은 사용가능한 파장범위로부터 나온 정보를 포함하되, 상기 정보는 버스로 복귀되는 것이 바람직한 것이다. 이러한 실시예가 도 7에 도시되어 있으며, 미사용 채널은 수집되어 복귀된다. 본 실시예에서, 하락 또는 통과 포트로 신호를 보내는 각 단계의 출력에 1×2 스위치가 제공된다. 도 7의 미사용 채널 수집에는 예를 들어 6㏈ 결합기가 사용될 수 있다. 상기 버스에 대한 미사용 채널의 재삽입에는 예를 들어 3㏈ 결합기가 사용될 수 있다.The output of the unused non-outer modulation phase includes information from the usable wavelength range, which information is preferably returned to the bus. This embodiment is shown in FIG. 7, where unused channels are collected and returned. In this embodiment, a 1 × 2 switch is provided at the output of each stage signaling to the drop or pass port. For example, a 6 kHz combiner may be used for the collection of unused channels in FIG. 7. For example, a 3 kHz coupler may be used to reinsert an unused channel into the bus.
도 8의 실시예에 도시된 바와 같이, 수집된 채널의 손실을 7㏈로 줄이는 하 나의 방법은 4개의 모든 채널의 경로를 지정하고 1×5 결합기를 사용하여 통과선과 이들을 결합시키는 것이다. 이는 통과 채널의 손실을 3에서 7㏈로 증가시킨다. 이는 통과가 완료된 모든 채널을 평준화시키기 때문에 수용할만하다. As shown in the embodiment of FIG. 8, one way to reduce the loss of the collected channels to 7 dB is to route all four channels and combine them with pass lines using a 1 × 5 combiner. This increases the loss of the pass channel from 3 to 7 dB. This is acceptable because it equalizes all channels that pass through.
광회로를 단순화시키는 형태의 환경에서 가장자리 단계를 변조시키는 것이 가능하다. 도 9에 도시된 바와 같이, 추가적인 히터가 필요하지만, 1개 이하의 1×2스위치가 필요하며, 통과 포트의 1×5 결합기는 손실을 7에서 4.7㏈로 줄이는 1×3 결합기가 된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 1개 이상의 히터가 추가되면 다른 1×2 스위치를 제거할 수 있다. It is possible to modulate the edge stages in an environment that simplifies the optical circuit. As shown in FIG. 9, additional heaters are required, but no more than one 1 × 2 switch is required, and the 1 × 5 coupler of the pass ports is a 1 × 3 coupler that reduces the loss from 7 to 4.7 kW. As shown in FIG. 10, when one or more heaters are added, another 1 × 2 switch may be removed.
도 10에 도시된 실시예를 변형한 본 발명의 다른 실시예로서, 도 11에 도시된 바와 같이 하락 포트에 1×4 스위치 대신 1×4 결합기가 제공된다. As another embodiment of the present invention, a variation of the embodiment shown in FIG. 10, a 1 × 4 coupler is provided in place of the 1 × 4 switch in the drop port as shown in FIG.
도 10에 도시된 실시예를 변형한 본 발명의 다른 실시예로서, 도 12에 도시된 바와 같이 통과 포트에 1×3 스위치 대신 부가 필터가 제공된다. 상기 부가 필터는 상응하는 부가/하락 필터의 격자와 동일한 주기를 가진 격자를 가지며, 상기 부가/하락 필터와 동일한 히터를 공유한다(또는, 일반적으로 동일한 온도로 가열된다). 상기 부가 필터는 1×N 결합기의 N 손실 계수를 초과하는 매우 낮은 광손실을 가질 수 있다.In another embodiment of the invention, which is a variation of the embodiment shown in FIG. 10, an additional filter is provided instead of a 1x3 switch in the pass port as shown in FIG. The addition filter has a lattice with the same period as the lattice of the corresponding add / drop filter and shares the same heater (or is generally heated to the same temperature) as the add / drop filter. The additive filter may have a very low light loss exceeding the N loss factor of the 1 × N coupler.
도 5 내지 도 11의 하락 포트에 도시된 모든 구성이 부가 포트에서 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 또한, 도 4a에 도시된 종류의 마하 젠더형 장치를 사용한 도 5 내지 도 11에 도시된 모든 다단계 구성은 도 4c에 도시된 종류의 3포트 광학 순환기 사이에 단일 도파관 또는 도 4b에 도시된 종류의 100% 방향 커플러를 사용 할 수 있음을 알 수 있다.
It can be seen that all configurations shown in the drop port of FIGS. 5-11 can be made in the additional port. In addition, all the multi-step configurations shown in FIGS. 5-11 using Mach gendered devices of the type shown in FIG. 4A are of a single waveguide between the three-port optical circulator of the type shown in FIG. 4C or of the type shown in FIG. 4B. It can be seen that 100% directional couplers can be used.
Claims (27)
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US7551198P | 1998-02-20 | 1998-02-20 | |
US60/075,511 | 1998-02-20 | ||
US09/251,892 | 1999-02-19 | ||
US09/251,892 US6389199B1 (en) | 1999-02-19 | 1999-02-19 | Tunable optical add/drop multiplexer |
Publications (2)
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